Радиометрический комплекс

Инфракрасный радиометрический комплекс наземного базирования

ИК-радио- и фотометрической комплекс предназначен для дистанционного контроля прозрачности пограничного слоя атмосферы, содержания в атмосфере водяного пара, а также метеопараметров облачности различных типов в «окне прозрачности» атмосферы 8 – 14 мкм (высота нижней границы, водность и водозапас облака, плотность оптически полупрозрачных облаков).

Применение инфракрасных систем (радиометров) совместно с техникой, работающей в соседних спектральных диапазонах (фоторегистрирующей аппаратуры видимого диапазона и СВЧ-установки для параллельного зондирования) дает возможность измерить и определить следующие радиационные характеристики атмосферы и подстилающих поверхностей:

1. распределение по высоте в атмосфере температуры, влажности и плотности воздуха, скорости и направления ветра;
2. пространственное распределение облачности, высота и температура нижней границы, водность, водозапас и некоторые другие характеристики облаков;<
3. температура, влажность воздуха и параметры ветра в приземном слое атмосферы, дальность видимости, характеристики осадков, температура и влажность поверхности почвы;
4. лучистость атмосферы и облаков (в спектральных диапазонах, разрешаемых приборами аппаратурного комплекса) при различных углах зондирования;
5. яркость излучения Солнца на фоне атмосферы и облаков в разных спектральных диапазонах;
6. спектральная излучательная способность различных естественных поверхностей, в том числе покрытых растительностью;
7. зависимость лучистости атмосферы от влагосодержания, в том числе и угловые зависимости;
8. оптические толщины атмосферы;
9. коэффициенты черноты облаков различной формы;
10. влияние подоблачного слоя атмосферы и подстилающей поверхности на излучение облаков;
11. пропускание облаками излучения Солнца в «окне прозрачности» атмосферы (8 – 14 мкм);
12. оценка зависимости коэффициентов черноты облаков от их водности.

Кроме того, различные сочетания измерительных ИК-систем с другими промышленными или научно-исследовательскими комплексами и установками позволят решить множество задач в области бесконтактного измерения и контроля технических параметров изделий, технологических процессов.

Практическая ценность

1. На основе элементной и аппаратурной базы последнего поколения изготовлен и апробирован прецизионный и автоматизированный ИК-радиометрический и фотографический комплекс дистанционного зондирования для определения параметров облачности различных типов и контроля прозрачности атмосферы.
2. Впервые учеными университета были  проведены долговременные ИК-радиометрические и оптические измерения и проанализированы их соответствие со спутниковыми наблюдениями при наличии различных форм облачности над районом Москвы. Они показали возможность определения и вариации содержания в атмосфере водяного пара при низких температурах, когда применение других методов, в том числе и традиционного радиозондового метода, мало эффективно, так как сопряжено с большими погрешностями.
3. Оригинальные методы калибровки ИК-радиометрического комплекса позволили проводить измерения радиационных потоков, величина теплового излучения которых соответствует температуре «черного тела» в спектральной полосе 8 – 14 мкм соответствует 180 – 200°К.
4. Разработанный ИК-радио- и фотометрический комплекс и методика дистанционного зондирования облачности и контроля прозрачности атмосферы могут быть использованы при исследовании и прогнозировании метеорологичекой ситуации, а также для экологического мониторинга в отдельном регионе.
5. Полученные статистические данные об облачности над отдельным районом Москвы могут быть использованы при составлении краткосрочных и долгосрочных прогнозов погоды в мегаполисе.

Рис. 1. ИК-радиометрический комплекс.

Состоит из следующих измерительных систем: сканирующая ИК-установка, следящая ИК-установка, метеомачта.

Рис. 2. Сканирующая ИК-установка.

Установка позволяет измерять радиационную температуру движущегося метеообъекта (облака) под разными зенитными углами

Рис. 3.Следящая ИК-установка

Работа установки заключается в постоянном (автоматическом) слежении за высокотемпературным источником (Солнцем), периодически перекрываемом полупрозрачными облаками. Измеряемый температурный диапазон ИК-радиометра выдерживается при помощи применения калиброванного поглотителя на входном зрачке системы. Автоматическое слежение за Солнцем обеспечивается специальным каналом, состоящим из оптической схемы, четырехэлементного приемного узла оптического излучения (видимый и ближний ИК-диапазоны), электронного блока и системы приводов.

 Рис.4. Экспериментальный график полупрозрачного облака на «фоне» Солнца.

По разработанному алгоритму компьютерная программа рассчитывает коэффициент пропускания облака и его оптическую плотность.

Эта же установка позволяет оценить степень прозрачности атмосферы в спектральном диапазоне 8 – 14 мкм путем слежения за Солнцем при чистом небосклоне.

Измеряет основные параметры приземного слоя воздуха: давление, влажность, температуру, направление и скорость ветра.